四川省高速公路复杂网络可视化图形分析①

李康+++汤伶俐

摘 要：基于四川省社会经济的发展和高速公路建设取得的成绩，运用复杂网络理论和Gephi复杂网络可视化软件生成四川省高速公路复杂网络可视化图形，分析该复杂网络的主要特性及存在的主要问题，探索交通网络复杂运行规律和机理，为政府相关职能部门的交通运输网络规划、基础设施建设以及科学管理提供新的视角和决策依据参考。

关键词：高速公路 复杂网络 四川省 Gephi

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0021-03

1 四川省社会经济发展及交通建设现状

在缓慢复苏的世界经济发展背景下，中国经济由高速转向中高速增长的“新常态”。四川省委省政府在新的国际国内政治经济环境下，认真贯彻执行党中央、国务院的决策部署，正确把握发展大局，2014年全省实现生产总值2.85万亿元（增长8.5%）；城镇居民人均可支配收入增长9%①（参见图1）。

在交通方面，四川省2014年公路、铁路、航空和水路等主要运输方式完成货物周转量2474.4亿吨公里；完成旅客周转量1584.0亿人公里；高速公路通车里程5510公里③（参见图2）。

基于四川省交通建设高速发展，高速公路通车里程不断增长并形成复杂网络，该文运用复杂网络可视化图形分析工具—GEPHI，对形成的高速公路复杂网络拓扑结构及其性状进行深入分析，为规划、管理、建设等部门领导提供科学管理和决策的参考。

2 复杂网络可视化图形分析工具—GEPHI

Gephi是一款由多国工程师和科学家联合研发、基于JVM的跨平台开源免费软件，主要用于分析各种复杂网络和系统。

Gephi被用于对各种网络和复杂系统的动态和分层图的交互可视化研究，如：关联分析、数据分析、社交网络、生物网络等复杂网络分析。除通过输入数据生成可视化图形外，还能自动计算并生成网络对应的特征参数分析图，该功能对于“大数据”时代下海量数据的复杂关系分析显得尤为重要。

3 基于Gephi的四川高速公路复杂网络可视化图形分析

3.1 四川省高速公路基础数据

具体见表1。

3.2 基于Gephi的四川省高速公路复杂网络生成图

从图3中可以看出，四川省高速公路复杂网络共有节点476个，边588条。形成的复杂网络内射洪县、南部县、遂宁市、南充市、宜宾市和中江县等市县的节点度较大，联接的高速公路较多，交通相对畅通。省内连接成都市的高速公路都是通过成都绕城高速经三环路达到市中心，因而成都市的省道连接数在图中不高，而成都绕城节点度最高。

3.3 四川省高速公路复杂网络可视化图形特性分析

应用Gephi可视化图形软件，不但能够得到省内高速公路复杂网络的可视化图形，而且能够对生成网络的拓扑特性自动分析并评估网络特性。这是选取Gephi作为分析工具的主要原因。

从图4中可以看出，四川省高速公路复杂网络度值最大为10，整个网络中超过75%的节点度大于等于2，这些站点可达性水平较高，承担着全省大量的交通量。同时表明，近年来四川省高速公路密集建设，对四川省交通运输水平提升成果明显。

从图5中可以看出，四川省高速公路加权网络的平均路径长度距离是12.53。表明四川省地域广阔，尤其是山区高速公路使得局部区域的高速公路成为该地区唯一通达途径。

从图6中可以看出，接近中心性较好的站点多位于成都及其附件的网络中心位置。这些节点连接道路数量相对较多，可达性较好，在网络中交通流传播速度快，影响范围大，路段的抗毁性较高，因而会在局部区域提高公众出行便利性和货物运输效率。但是，当出现拥挤或交通事故时，为减少其对整体路网的影响程度，可根据各站点接近中心性指标快速确定事故影响范围，以便短时间内采取措施恢复交通。

从图7中可以看到，四川省高速公路网络的模块化程度较高，同一模块化区域内部连通性较好。

4 基于复杂网络分析的四川省高速公路开发建设的对策建议

综上所述，四川省高速公路网络主要集中在成都、宜宾、遂宁、广元、射洪、南部等市县，南北走向与东西走向发展不平衡，重要收费站相对集中在成都市中心城区，在未来的高速公路建设中应减少与此类中心性指标较高节点的直接连接，防止车流量进一步增高，保证核心区域收费站安全畅通。为提高网络整体运输效率和连通性，建议避开与重要型节点直连，采用与周边邻近节点连接，必要时可考虑设置环线，以减少交通压力，有效提高车流通过速度。

5 结语

从文中可以看到，应用Gephi来分析复杂网络不仅可以生成表征节点连接关系的可视化图形，而且能计算出相关参数，因而其应用前景广大。

参考文献

[1] 2015年四川省人民政府工作报告[EB/OL].http：//www.sc.gov.cn/10462/10464/10797/2015/2/5/10326259.shtml

[2] 四川公众出行交通信息服务系统-四川路网[EB/OL].http：//www.scjtcx.cn.

[3] 高自友，吴建军，毛保华，等.交通运输网络复杂性及其相关问题的研究[J].交通运输系统工程与信息，2005，5（2）：79-84.

[4] 肖平.广东省高速公路网结构复杂性分析[D].广州：华南理工大学，2013.

注释

① 数据来源：2015年四川省人民政府工作报告.

② 数据来源：四川省统计年鉴-2014年.

③ 数据来源：四川省人民政府网站.

④ 数据来源：中国高速网.

⑤ 数据来源：四川路网（http：//www.scjtcx.cn/apps/scroad.jsp）及百度（http：//www.baidu.com）.